โครงสร้างวัสดุและคุณสมบัติของซิลิคอนคาร์ไบด์เผาผนึกภายใต้ความดันบรรยากาศ

ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่ผ่านกระบวนการเผาผนึกด้วยความดันบรรยากาศ เป็นวัตถุดิบทนไฟไฮเทคสมัยใหม่ที่ไม่ใช่สารประกอบออกไซด์ เช่น C, N, B และอื่นๆ มีการใช้งานอย่างแพร่หลาย ราคาประหยัด และอาจกล่าวได้ว่าเป็นผงขัดหรือทรายทนไฟ ซิลิคอนคาร์ไบด์บริสุทธิ์เป็นผลึกใสไม่มีสี ดังนั้นโครงสร้างและคุณสมบัติของซิลิคอนคาร์ไบด์คืออะไร?

ซิลิคอนคาร์ไบด์เผาผนึกภายใต้ความดันบรรยากาศ

โครงสร้างวัสดุของซิลิคอนคาร์ไบด์เผาผนึกที่ความดันบรรยากาศ:

ซิลิคอนคาร์ไบด์เผาผนึกภายใต้ความดันบรรยากาศที่ใช้ในอุตสาหกรรมมีสีเหลืองอ่อน เขียว น้ำเงิน และดำ ขึ้นอยู่กับชนิดและปริมาณของสิ่งเจือปน และความบริสุทธิ์และความโปร่งใสก็แตกต่างกัน โครงสร้างผลึกของซิลิคอนคาร์ไบด์แบ่งออกเป็นพลูโทเนียมรูปหกเหลี่ยมหรือรูปเพชร และพลูโทเนียมลูกบาศก์ พลูโทเนียมลูกบาศก์เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้หลากหลายเนื่องจากลำดับการเรียงตัวของอะตอมคาร์บอนและซิลิคอนในโครงสร้างผลึกแตกต่างกัน และพบการเปลี่ยนแปลงรูปร่างมากกว่า 70 ชนิด โดยเบต้า-ซิลิคอนคาร์ไบด์จะเปลี่ยนเป็นอัลฟา-ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่อุณหภูมิสูงกว่า 2100 กระบวนการผลิตซิลิคอนคาร์ไบด์ในอุตสาหกรรมเริ่มต้นด้วยการกลั่นด้วยทรายควอตซ์คุณภาพสูงและปิโตรเลียมโค้กในเตาเผาแบบต้านทาน ก้อนซิลิคอนคาร์ไบด์ที่กลั่นแล้วจะถูกบด ทำความสะอาดด้วยกรด-ด่าง แยกด้วยแม่เหล็ก คัดกรอง หรือคัดแยกด้วยน้ำ เพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดอนุภาคหลากหลายขนาด

คุณลักษณะทางวัสดุของซิลิคอนคาร์ไบด์เผาผนึกที่ความดันบรรยากาศ:

ซิลิคอนคาร์ไบด์มีเสถียรภาพทางเคมีที่ดี การนำความร้อน สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน และความต้านทานการสึกหรอสูง ดังนั้นนอกเหนือจากการใช้งานเป็นสารขัดถูแล้ว ยังมีประโยชน์อีกมากมาย เช่น การเคลือบผงซิลิคอนคาร์ไบด์บนผนังด้านในของใบพัดกังหันหรือบล็อกกระบอกสูบด้วยกระบวนการพิเศษ สามารถเพิ่มความต้านทานการสึกหรอและยืดอายุการใช้งานได้ 1-2 เท่า นอกจากนี้ยังใช้ทำวัสดุทนไฟคุณภาพสูงที่ทนความร้อน มีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา มีความแข็งแรงสูง และมีประสิทธิภาพด้านพลังงานที่ดีมาก ซิลิคอนคาร์ไบด์เกรดต่ำ (ประกอบด้วย SiC ประมาณ 85%) เป็นสารลดออกซิเจนที่ดีเยี่ยมสำหรับการเพิ่มความเร็วในการผลิตเหล็กและควบคุมองค์ประกอบทางเคมีได้ง่ายเพื่อปรับปรุงคุณภาพเหล็ก ยิ่งไปกว่านั้น ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่เผาผนึกด้วยความดันบรรยากาศยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตแท่งคาร์บอนซิลิคอนสำหรับชิ้นส่วนไฟฟ้าอีกด้วย

ซิลิคอนคาร์ไบด์มีความแข็งมาก ค่าความแข็งมอร์สอยู่ที่ 9.5 รองจากเพชรซึ่งเป็นโลหะแข็งที่สุดในโลก (10) เป็นสารกึ่งตัวนำที่มีการนำความร้อนที่ดีเยี่ยม และสามารถต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง ซิลิคอนคาร์ไบด์มีโครงสร้างผลึกอย่างน้อย 70 ชนิด พลูโทเนียม-ซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นไอโซเมอร์ทั่วไปที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงกว่า 2000 องศาเซลเซียส และมีโครงสร้างผลึกแบบหกเหลี่ยม (คล้ายกับเวิร์ตไซต์) ซิลิคอนคาร์ไบด์เผาผนึกภายใต้ความดันบรรยากาศ

การประยุกต์ใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

ห่วงโซ่อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยผงซิลิคอนคาร์ไบด์ความบริสุทธิ์สูง แผ่นรองพื้นผลึกเดี่ยว แผ่นผลึกแบบเอพิแทกเซียล ชิ้นส่วนกำลังไฟฟ้า บรรจุภัณฑ์โมดูล และการใช้งานในเทอร์มินัล

1. แผ่นรองพื้นผลึกเดี่ยว แผ่นรองพื้นผลึกเดี่ยวเป็นวัสดุรองรับสารกึ่งตัวนำ วัสดุตัวนำ และแผ่นรองพื้นสำหรับการเจริญเติบโตแบบเอพิเท็กเซียล ปัจจุบัน วิธีการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว SiC ได้แก่ วิธีการถ่ายโอนไอทางกายภาพ (วิธี PVT) วิธีเฟสของเหลว (วิธี LPE) และวิธีการสะสมไอทางเคมีที่อุณหภูมิสูง (วิธี HTCVD) ซิลิคอนคาร์ไบด์เผาผนึกภายใต้ความดันบรรยากาศ

2. แผ่นเอพิแท็กเซียล แผ่นเอพิแท็กเซียลซิลิคอนคาร์ไบด์ คือแผ่นฟิล์มผลึกเดี่ยว (ชั้นเอพิแท็กเซียล) ที่มีทิศทางเดียวกับผลึกพื้นผิว ซึ่งมีข้อกำหนดบางประการสำหรับพื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์ ในการใช้งานจริง อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีแถบพลังงานกว้างเกือบทั้งหมดผลิตขึ้นจากชั้นเอพิแท็กเซียล และชิปซิลิคอนเองใช้เป็นเพียงพื้นผิวรองรับเท่านั้น รวมถึงพื้นผิวรองรับของชั้นเอพิแท็กเซียล GaN ด้วย

3. ผงซิลิคอนคาร์ไบด์ความบริสุทธิ์สูง ผงซิลิคอนคาร์ไบด์ความบริสุทธิ์สูงเป็นวัตถุดิบสำหรับการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยวซิลิคอนคาร์ไบด์ด้วยวิธี PVT และความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพการเจริญเติบโตและคุณสมบัติทางไฟฟ้าของผลึกเดี่ยวซิลิคอนคาร์ไบด์

4. อุปกรณ์จ่ายไฟเป็นอุปกรณ์จ่ายไฟแบบแถบความถี่กว้างที่ทำจากวัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์ ซึ่งมีคุณสมบัติเด่นคือ ทนอุณหภูมิสูง ความถี่สูง และมีประสิทธิภาพสูง โดยตามรูปแบบการทำงานของอุปกรณ์แล้ว อุปกรณ์จ่ายไฟ SiC ส่วนใหญ่ประกอบด้วยไดโอดกำลังและท่อสวิตช์กำลัง

5. ในส่วนปลายน้ำ ในการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม เซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์มีข้อได้เปรียบในการเป็นส่วนเสริมของเซมิคอนดักเตอร์แกลเลียมไนไตรด์ เนื่องจากประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูง คุณลักษณะความร้อนต่ำ น้ำหนักเบา และข้อดีอื่นๆ ของอุปกรณ์ SiC ความต้องการจากอุตสาหกรรมปลายน้ำจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และมีแนวโน้มที่จะเข้ามาแทนที่อุปกรณ์ SiO2